国立先进产业科学技术研究所 [主席：石村和彦]（以下简称“AIST”）能源过程研究部 [研究主任：松冈浩一] 能源转换过程组研究小组组长：仓本浩二，研究员：小坂文彦，研究员：刘彦宇，首席研究员：浦川敦，代尔夫特理工大学教授和稀二氧化碳气氛2来自发电厂的二氧化碳2CO2分离与恢复低浓度CO，无需工艺预处理2甲烷
发电厂和其他工业领域排放的CO，以实现碳中和2甚至二氧化碳已经释放到大气中2并将其转化为碳氢化合物燃料和有用的含碳化合物。但这些CO2用氮气、氧气等气体稀释，产生百分之几至百分之几十的稀浓度（大气中约为400 ppm），所以一般是CO2二氧化碳在转化过程之前需要消耗大量的能源和成本2需要分离和回收过程。这次，CO2和吸收的CO2与氢气并将其转化为甲烷双功能催化剂开发并合作2稀释CO，无需分离回收过程，能耗更少2的直接回收和转化技术通过这项技术，大气中的 CO2CO 浓度低于 100 ppm2可以直接合成浓度高达1000倍的甲烷。
有关该技术的详细信息，请参阅美国化学会期刊ACS 可持续化学与工程2021 年 2 月 25 日版（日本时间）。
使用双功能催化剂的CO
2稀释CO，无需预处理分离回收
2直接转换技术概念图
到 2050 年实现政府新的温室气体净零排放目标需要发电厂和工业部门排放二氧化碳2显着减少是必须的。CO2有效利用技术（CCU技术）是CO2减少排放至关重要，国内外正在大力开展提高效率、降低成本的研究和开发。此外，负排放技术CO，已经释放到大气中2直接空气回收越来越受到关注，但这些技术的大规模推广需要降低成本和提高效率。然而，发电厂和工业领域排放的CO2和大气中的二氧化碳2用氮气、氧气等气体稀释，导致百分之几到百分之几十的稀浓度（大气中约400 ppm），所以CO210240_102662CO 以获得浓度2需要分离和回收过程。以胺吸收等为代表的CO2分离和回收过程对于二氧化碳尤为重要2的释放过程需要大量能量，CO2分离回收过程效率高，CO2需要开发不需要分离和回收的创新工艺。
AIST 一直致力于开发高效 CCU 技术的催化剂和反应工艺，以实现碳中和。根据迄今为止积累的知识，这次CO2稀释二氧化碳，无需分离回收，能耗更少2
到目前为止，科罗拉多州2碱金属，例如钠 (Na) 和钾 (K) 或碱土金属，例如钙 (Ca) 和 CO2与氢气反应生成甲烷。如概念图所示，如果使用这种双功能催化剂并且交替切换引入反应器的气体，（1）低浓度的CO2进入催化剂并(2)回收CO2在氢气气氛中转化为碳氢化合物（氢化）。这允许对 CO 进行预处理2无需分离和回收过程即可稀释CO2可直接转化为高浓度甲烷。这次是工业部门排放的二氧化碳22，大气中的二氧化碳22，更稀释的 100 ppm CO2450℃时固定床反应器的气体气氛来进行测试。如图1所示，大气中100 ppm的CO2CO 浓度比浓度更稀2与装在反应器中的催化剂接触，CO2被催化剂选择性吸收，CO被催化剂选择性吸收2CO从反应器出口直到2400秒（40分钟），此时回收率开始饱和2没有被驱逐。 3600 秒（60 分钟）后进入反应器2的供应，反应器中未回收的 CO只供应氮气2反应开始4200秒（70分钟）后，除去原料气并切换为氢气，迅速生成甲烷，并可直接转化为体积分数浓度高出1000倍以上的甲烷。像这样的CO2CO2浓度范围从百分之几到 100 ppm，二氧化碳被回收2高于 90%CO2转化率可以直接转化为甲烷。
图 1 使用镍基双功能催化剂的 100 ppm CO
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从现在开始，单位催化剂重量的 CO2旨在开发具有更高回收率和甲烷产量的双功能催化剂，我们还将开发高效的反应工艺以实现实际应用。